铁道行业的防腐蚀及涂装概况

铁道行业的防腐蚀及涂装概况
腐蚀是指材料受环境介质的作用发生化学反应而破坏的现象，在概念上也不仅仅是金属材料，还包括非金属材料及复合材料等。

在我国，铁道行业是各种材料、特别是金属材料—钢铁的主要用户之一，使用中的一个主要问题就是腐蚀，近年部分铁路故障(事故)很可能与腐蚀有关。

目前铁路车箱结构以耐大气腐蚀钢为主，桥梁中以钢筋混凝土结构为主，钢桥材料则主要为16Mn。

由于金属材料及防护措施的改进，相对20世纪90年代以前，腐蚀问题显著减轻，突出的表现就是车辆等钢结构设施的使用寿命和维修周期延长，钢材因腐蚀引起的截换量大大下降。

如客车的段修期由过去的，5年提高到2年，厂修由4年～6年延长到6年～8年：货车厂修由6年、8年延长到8年～10年：机车架修由20万km延长到40万km，铁路运输在我国国民经济发展中有着极为重要的作用，在运输市场占据很大份额，其中货运已占到运输市场的%。

表1为1998-2001年度铁路主要指标完成情况。

表1 1998-2001年度铁路经济技术指标主要指标
据不完全统计，1999年至2000年期间，铁道部腐蚀与防护的相关费用每年达近4亿元(计算只包括新造车辆和厂修车辆涂料及涂装费用、内燃机车制水和缓蚀剂费用、以及隧道钢轨因腐蚀增加的费用)。

其中新造机车、客车和货车中的相关费用为亿元，占到，999年机车车辆购置费的2%以上。

需要说明的是，上述计算未包括小修、工装费用及设备投资，特别是未包括腐蚀造成的直接和间接经济损失。

2铁道车辆的腐蚀与防护
铁道车辆实际上包括机车和车辆。

一般客车、机车和货车等腐蚀问题主要指车辆金属结构的腐蚀：对内燃机车来说，冷却系统的腐蚀与防护在运用过程中同样是必须认真对待的。

在1990年以前，铁道车辆的车体结构通常采用普碳钢制造，加上使用涂料档次低，对表面处理和涂装工艺不够重视，车辆锈蚀严重，修理时车体钢板的截换率相当高，甚至有客车使用仅1个厂修期就报废的情况。

1978年前后，铁道部与冶金部合作，试验将车辆车体结构用金属材料由普通碳钢转为耐大气腐蚀钢(即Corten钢，又称耐候钢)，1985年开始用于车辆，从1990年新造车辆全部采用。

由于这类钢材含有%～%的Cu和约%的P，因此其耐蚀性相对原用低碳钢有相当的改善，一般认为其寿命可延长一倍左右。

使用较多的牌号有09CuPTiRE，08CuP和09CuPCrNi等。

正在制订中的铁道行业《铁道车辆用耐大气腐蚀钢》供货技术条件中，规定采用丁日汀2375-1992《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》检验其耐腐蚀性，要求相对于普通碳钢Q235的腐蚀速率
≤65%，除所用钢铁材料不同外，铁路车辆的防护主要采用油漆(涂料)进行防护，
其间经历了几次大的变化。

客车用涂料中底漆由酚醛、醇酸铁红或磁化铁防锈漆改为环氧、环氧酌磷酸锌或铬酸锌底漆，腻子由酩胶、石青腻子逐步改为环氧酷或不饱和聚酷腻子，面漆则由丙烯酸改性醇酸、丙烯酸聚氨酷替代了大部分普通醇酸漆；2001年底铁道部运输局装备部己要求从2002年下半年开始，新造客车全部采用双组份涂料。

货车用厚桨型醉酸漆在20世纪90年代初全面推广，取代原用的酚醛、醇酸漆。

目前新造车辆己广泛使用钢材喷砂(抛丸)预处理技术和磷化的方法，使用预涂底漆作工序间防锈，并有部分工厂引进了涂漆机械手和双组份高压无气喷涂机，建立了喷漆房和烘房、涂装流水线以及大量工艺装备，大大提高了作业效率。

在涂装工艺方面，由于对铁路用户来说涂料仍属于原材料，正确的使用方法及工艺条件对最终产品质量关系极大。

1998年有关单位参照国际铁路联盟UIC842标准制订了第一个关于涂装技术的全面、综合性的铁道行业标准——TB/《铁路机车车辆涂料及涂装》系列标准。

整个标准包括了6个部分：(1)涂料供货技术条件；(2)涂料检验方法；(3)金属和非金属材料表面处理技术条件；(4)货车防护和涂装技术条件；(5)客车和牵引动力车的防护和涂装技术条件；(6)涂装质量检查和验收规程。

标准涉及了铁路机车车辆防护用涂料及涂装工作的各个方面，其特点是将涂装工作做为一个整体进行考虑，主要内容包括：(1)根据涂料产品的特点，将产品质量检验工作分为三种阶段分别进行，即进货涂料、待涂装涂料和涂装后涂膜的检验。

此外还特别增加了车辆实际涂装系的现场检验试验方法，更加有利于保证实车的涂装质量。

(2)在表面处理问题上，不仅考虑了钢铁材料，还对其他金属材料及非金属材料作出了规定。

(3)对客车、货车及机车各部件的涂装及表面处理作出了详细的规定。

(4)对涂装现场的工艺条件、涂装方法及干燥等作出了规定，特别是对涂装现场的温度、相对湿度及干燥的环境
条件等均有明确的条文。

近几年铁道部投入大量资金实施了技术改造，有关涂装设备的技术参数和工艺条件都是以此系列标准为依据的。

根据铁道部统计中心统计，1998年至2001年铁道部保有和新造车辆数量如表2。

表2 铁道车辆统计数据单位：台(辆)
对新造客车按每节车厢(含底架)用预涂底漆50kg、防锈底漆300kg、阻尼涂料1,000kg(或重防腐涂料200kg)，腻子200kg、中涂漆50kg、面漆100kg 计算，如果按每年新造3,000台车计算，则全年用涂料总量可达到3，000t以上：对货车以敞车为例，目前使用厚浆醇酸漆，新造每车用涂料约200kg，以此计算30，000台用漆量达6000t左右，若加上修车量(按厂修期8年计算，每年修车超过5万辆)，则每年用漆大大超过10,000t。

铁路客车和货车车体结构采用了不同的涂装系。

一般客车(包括机车)为：表面处理加预涂底漆，底漆2道，腻子5～7道，中间涂层1道，面漆2道：内侧则在底漆之上加涂1道阻尼(防腐)涂料。

货车为：表面处理加预涂底漆，厚
浆型底漆，道、厚浆型面漆1道(或底面合一厚浆漆2道)：转向架部分通常为防锈底漆1道加面漆1道。

下面根据这一顺序分别介绍各类涂料的特点。

预涂底漆
目前铁道部大部分车辆厂都采用钢材喷(抛)丸的方法对钢材表面进行预处理，对薄板(≤4mm)则多采用磷化方法，之后涂覆预涂底漆(车间底漆)。

主要使用品种有丙烯酸类、环氧或环氧酿类、聚乙烯醇缩丁醛类(乙烯磷化底漆类)和无机富锌类涂料。

为适应钢材预处理线的要求，这类底漆的主要特点是干燥快，规定指标为表干时间≤5min，同时具有可焊性。

[1992]334号铁道部文件中，规定了预涂底漆及部分车辆用涂料的技术要求，表3中即为其各项要求指标。

表3 预涂底漆技术要求
预涂底漆的主要问题是：由于车辆制造过程中多采用电焊加工，客车墙体还需火工校平，对大部分涂料来说，有机成膜物烧损严重，味道大，如果涂膜过厚还会影响到焊接质量，过薄则防锈性能下降。

无机富锌底漆虽然烧损小，防锈性能好，但表面处理要求高，采用醇酸或环氧酷类等油性防锈底漆时存在配套性问题，再加上锌蒸汽的负面影响，用户较少。

从理论上说，使用预涂底漆的主要目的是工序间防锈，在涂防锈底漆前应全部清除，但实际上车辆制造厂通常均直接在其上涂覆底漆。

由于预涂底漆防锈质量较差，导致防锈底漆不能充分发挥作用，会使整个涂装系的防护质量下降。

近年笔者曾多次提出修订预涂底漆技术条件，制订铁道行业标准。

由于上述几种原因，南车集团近期考虑对薄板以磷化替代预涂底漆，目前正在试验考查过程中。

防锈底漆
铁道车辆近年主要使用的防锈底漆品种有：无机富锌底漆，环氧富锌底漆，醇酸底漆，酚醛防锈底漆，环氧醋防锈底漆，双组份环氧底漆，环氧聚氨酷底漆等。

主要使用的颜料为氧化铁类〔包括氧化铁红、铁棕、铁黑、铁黄等)，防锈颜料主要为磷酸锌、铬酸锌、三聚磷酸铝等。

红丹(Pb3O4)由于环保问题已基本停用，而应用磁化铁(氧化铁棕下)和云母氧化铁(MIO)颜料的防锈漆由于存在严重沉淀等质量问题，
目前也较少采用。

各工厂根据车辆的要求及涂装工艺情况，选用不同品种和牌号的涂料。

富锌底漆主要用于出口车，醉酸、酚醛防锈底漆主要用于旧车修理，而新造车则多采用环氧酷防锈底漆、双组份环氧或环氧聚氨醋底漆等。

施工时通常采用高压无气喷涂，一般为1-2道，干膜厚度60μm。

表4为TB/T260-2001《铁道机车车辆防锈底漆》规定的技术条件。

表4 防锈底漆技术要求
相对其他行业的防锈底漆标准来说，要求耐中性盐雾试验通过500h(划痕板)是铁路用漆的特点。

从原理上讲，具有物理封闭作用的涂膜可以用于金属的防护，但当出现涂膜被破坏时，仅靠附着力良好将无法阻止锈蚀沿破损处的扩展。

如果在涂膜中含有足够数量的缓蚀剂，或采用具有牺牲阳极保护功能的富锌涂料，将能够自行修补缺陷或阻止锈蚀的扩展。

采用划痕板试验是因为铁路车辆
的使用条件比较严酷，运用中涂膜损伤处的锈蚀扩展是车体钢结构早期失效的重要原因。

根据笔者对部分样品的测试结果看，采用环氧、环氧酷或环氧聚氨酷树脂作为成膜物质的防锈底漆比较容易达到下日TB/T2260的要求，醇酸相对困难。

近两年铁道部产品质量监督检验中心对新造车辆用的防锈底漆进行了抽检和比对试验，结果多家产品由于耐中性盐雾性能达不到要求被判不合格。

腻子
为了使车体外表平整美观，铁路客车和机车制造过程中大量使用了腻子进行找平，近期随着车体制造工艺的改进，特别是由于采用了整体蒙皮张拉技术左右。

在腻子种类上，己基本停用了石青类和酚醛使单节客车的腻子用量由最多可达1t减少至200kg酷胶等品种，目前主要使用环氧醋和不饱和聚醋(原子灰)腻子。

表5为TB/T2393-2001《铁路机车车辆面漆》标准的附录B(腻子产品的技术要求》中的技术指标。

表5 腻子的技术要求
中间涂层
中间涂层的作用是增加底漆(或腻子膜)与面漆之间的附着力，并改善面漆的外观丰满度。

与面漆相比，通常中间涂层的颜料份相对较高，这样可填补微小的缺陷，用在对外观要求较高的场合效果显著。

目前大部分新造客车和机车上均己采用中间涂层。

表6为TB/T2393-2001附录A中对中间涂层的技术要求。

表6 中间涂层的技术要求
面漆
新造铁路客车和机车用面漆以丙烯酸改性醇酸磁漆、及丙烯酸改性聚氨酷磁漆为主，其中25B型客车仍为绿色为主，25G和25K型车则多用红(桔红)白
相间和蓝(酞普蓝)白相间的颜色构图。

由于车体表面平整度的问题，前一段新造车多采用亚光(或半光)面漆，600镜面光泽值为40%～70%，但运输局己要求今后以高光漆(光泽值80%以上)为主。

修理车原则上仍沿用原车涂装系。

现用的面漆涂料产品为国产，也有部分合资和进口品牌的涂料。

实际上国产如丙烯酸聚氨酷磁漆，其固化剂HDI主要均采用进口原料3390或N75，其它如轻基树脂和助剂等也有很多进口的。

从成本上看，国内产品价格相对便宜，国产的约60～80元/kg，进口产品一般在100元/kg以上。

理论上说双组份涂料如丙烯酸聚氨醋面漆的性能优于单组份醇酸类面漆，表7为TB/T2393中的技术要求。

对I类(以醇酸类为主)和Ⅱ类(以聚氨醋类为主)面漆产品，标准中规定人工加速老化试验的指标分别为200h和1000h，大气曝晒试验也证实了这一结果。

铁路客车段修规程要求在段修时重涂面漆，这主要是因为原用涂料多数为单组份醇酸或丙烯酸改性醇酸面漆，由于漆膜硬度较低，耐老化及其它性能不够好，相当一部分车辆在一年半的运用时间内己开始出现粉化、褪色及起泡、脱落等现象。

运输局己要求在今年下半年的新造客车上全部采用双组份涂料，特别是面漆，目的是提高客车涂料的装饰性和耐久性，力争取消段修面漆重涂
2002年1月开始，长客、四方、唐山和浦镇车辆厂先后对大连振邦氟涂料股份有限公司生产的氟碳面漆进行了试装车试验，共计涂装了11辆25K型客车。

所谓氟碳漆，实际上为含氟聚氨酯涂料，是由三氟氯乙烯-乙烯基醚(酯)共聚物制成含氟树脂，在常温下可与异氰酸酯交联固化成膜，其中异氰酸酯部分仍为脂肪簇的HDI。

这种技术是由日本旭硝子公司于1982年前后首先研制成功的，目前国内外多数常温固化含氟涂料均是以此为基础。

从理论上说，由于部分C2H键为键能最强的C2F键取代，其耐老化性和抗污性应优于不含氟的聚氨酯，室内人工
加速老化试验也已表现出良好的性能，但由于涂料的涂装技术涉及多种因素，其实际效果有待进一步考查。

由于客车运行速度的提高，车辆表面涂料受到的风砂冲击和磨损将进一步加重，这一问题在兰新线等风砂严重地区早有反映。

随着青藏铁路的修建，青藏铁路机车和客车表面涂料的抗风砂、抗紫外老化问题将逐步提上议事日程。

应该使用什么样的涂层材料、采用何种试验方法进行测试和比对，技术要求如何确定，这些都是有待研究的课题。

货车厚浆漆
现今铁道部的货车保有量在50万辆左右，年新造量约为2万辆，大部分为敞车、棚车、平车和罐车。

货车与客车不同，对外观要求不高，颜色以比较耐脏、耐用的为主。

敞车和棚车的面层涂料以黑色、铁红色居多，通常采用氧化铁类颜料；罐车则按用途采用不同颜色，如轻油罐车以银灰色为主，重油车多为黑色；危险品则用黄色。

根据厂修规程，从20世纪90年代初开始，采用耐大气腐蚀钢制造的货车每8～10年进行一次厂修，全部新造和厂修货车均使用厚浆型醇酸漆。

1996年2月，TB/T2707-1996《铁路货车用厚浆型醇酸漆技术条件》发布，规定厚浆型醇酸漆分为两类：A型——底面合一，湿碰湿两道，干膜厚度120μm；B型——底漆、面漆分开，一道干膜厚度60μm。

标准中关于耐腐蚀性的重要指标——耐中性盐雾试验的时间规定为500h，并仍采用划痕板，这一点与TB/T2260基本一致。

自厚浆醇漆推广使用以来，各地有多家涂料生产厂受让技术或自行研制同种涂料，目前生产厂大约近30家。

为了进行质量控制，从1997年起铁道部质检中心和有关业务局先后组织过几次抽检，促使质量稳步提高，其中2000年B 型底漆的抽检合格率约为80%，面漆基本合格。

虽然从原理上讲采用双组份厚浆型涂料性能可能会更好一些，但考虑到厚浆型醇酸漆的价格仅为1万元/t左右，能以如此低廉的价格成本达到目前的性能实属不易。

由于此类涂料总用量达到每年10000t，如果再考虑辅助材料的成本，仅此一类涂料的总价值即可达1亿元以上。

阻尼涂料
为了提高车内人员的舒适性，铁路客车和机车的车体内侧通常使用阻尼涂料，以降低车内由于墙板的振动传播引起的噪声。

这种方法对内燃机车司机室内的噪声降低效果尤其显著。

铁路机车、特别是内燃机车在运行中的噪声是相当大的，司机室内采用的吸声材料如泡沫等通常只吸收高频，对车体结构几百Hz 以下的低频噪声则需采用阻尼涂料进行降噪。

按要求机车车体上的薄板结构均喷涂阻尼涂料，常用厚度为5～8mm，每车用量为112～115t。

机车上使用的阻尼涂料以各种水性乳液型涂料为主，对涂料中成膜物的选择各厂不尽相同，其中有聚醋酸乙烯乳液、苯丙乳液、纯丙乳液及各种胶乳等。

客车上多使用以沥青为主的涂料，除阻尼性能外，多数还具有防腐蚀功能，主要品种有水乳化沥青浆、橡胶沥青浆和水溶型聚氨酯阻尼涂料等。

TB/T2932—1998《铁路机车车辆阻尼涂料供货技术条件》中规定：采用复合损耗因数ηc作为涂料阻尼性能的量度，并且根据铁道行业的特点规定了不同温度下的ηc指标，这在国内行业标准中是首次。

机车由于振动相对较大，对ηc的要求高于客车。

2000年铁道部质检中心依据TB/T2932组织了机车用阻尼涂料的质量监督抽查，检测了7家工厂生产的各型阻尼涂料，结果4家被判不合格。

原因是部分涂料生产厂对于阻尼材料的阻尼原理和测试方法了解不够，因此在配方的选择上有些盲目，特别是对复合损耗因数指标影响最大。

重防腐涂料
客车(特别是餐车)和保温车的钢结构内表面和底架上，可能存在冷凝水或积水，环境比较恶劣，因此部分车辆在此部位采用环氧沥青类涂料作防腐蚀涂层(又称重防腐涂料)，干膜厚度通常在200μm左右。

采用这种组成的涂料是利用沥青耐水性好、价格低，而环氧树脂粘接性能优异，耐化学性能优良，同时具有可厚涂的特点。

具体产品有604环氧重防腐涂料等，用量每车约200kg，价格约2万元/t。

在喷涂工艺上，一般多使用高压无气喷涂方法，某些工厂采用了上海生产的枪前混合式的双组份高压无气喷涂机。

其它涂料
在车辆制造过程中，还应用一些其它涂料，如清漆及粉末涂料等。

过去清漆主要用于车内木结构，由于内装饰材料现多改用纤维增强塑料(玻璃钢)或涂塑金属板等，木材用量已相当少，因此木器用的清漆量已很少。

清漆还用于车轴、车轮等部件加工面，除防锈功能外，主要是为了便于直观检查。

粉末涂料主要用于车内装饰件(板)及小零件的涂覆，特别是小的金属铸件，由于存在如针孔、打磨痕迹等小的缺陷，用这种方法进行掩盖效果极好。

部分铁路客车制造厂现已配备有粉末喷涂生产流水线。

其它防护技术
除涂料外，其它一些表面防护技术也在铁道车辆行业得到广泛应用。

如金属涂、镀层(包括热镀锌、电镀锌、金属喷涂、电镀、刷镀、达克罗技术等)、金属表面的热处理(如氮化等)、封存技术、防锈油脂、金属加工用防锈冷却液等。

内燃机车内部发动机冷却水系统的腐蚀，主要是由于振动和冷却水冲击引起的缸套、水套穴蚀、循环水泵腐蚀和穴蚀、散热器的腐蚀等。

由于改进添加
剂配方、改进机型和振动减小，使水系统缸套、水套穴蚀、水泵穴蚀得到控制，减少了腐蚀泄漏，因而机车使用率提高，故障率下降，维修人工费降低。

车轴卸荷槽部位出现裂纹引起断轴，转向架交叉杆的断裂，腐蚀是其重要原因之一，特别是在高应力条件下。

笔者认为，研究材料应力腐蚀开裂的敏感性条件和腐蚀疲劳的发生过程，将有助于分析许多事故中的断裂问题。

在材料方面，为了减轻货车自重，目前已提出研制车辆用高强度耐大气腐蚀钢和采用铝合金造车；铝合金和不锈钢车体的车辆也已开始试制，相应的表面涂装配套技术也在探索和试用过程中。

从结构上考虑，铝合金车体的中梁及底盘等由于强度要求，一般均选用钢材制作。

从理论上说，钢与铝由于电极电位不同，会形成电偶腐蚀，在车辆上还要考虑振动和磨损等因素。

如何处理这一矛盾是需要进一步研究的课题。

3铁道工务设备的腐蚀与防护
桥梁
目前铁道线路上小桥以钢筋混凝土结构为主，大桥由于结构跨度和强度等因素则以钢桥为主，所用钢材主要为高强度钢，如16Mn等。

1992年前后，铁道部在京广线武昌附近第一次使用耐大气腐蚀钢架设了一座由3孔18m梁组成的钢桥，其中一孔为裸用(不涂装)，由于选址是在武昌的一条排污河上，环境污染极严重，加上设计中未充分考虑耐大气腐蚀钢的特点，锈蚀十分严重，因此到1997年不得不重新涂装，这造成了我国桥用耐大气腐蚀钢的寿命终结。

铁道部用于桥梁的涂料数量相对较少，除有新建特大桥外，通常每年的用漆量为500t左右。

铁路桥梁属于永久性设施，运营繁忙，维护不易，因此对防腐蚀性能的要求很高。

铁道行业标准TB/T1527-1995《铁路钢桥保护涂装》中，规定可以采用油漆涂装或者金属喷涂(喷锌)加涂料涂覆的方法进行保护，并且对
初始涂装、重新涂装和维护性涂装有不同的要求，对涂装系选择和适用环境气候条件也有明确的规定。

标准规定钢梁采用的4种涂装系，其中的耐磨涂层适用于纵梁、上承板梁和箱形梁上盖板顶面，非密封的箱形梁内表面则涂装环氧沥青涂料。

TB/T2772-1997《铁路钢桥用防锈底漆供货技术条件》和TB/T2773-1997《铁路钢桥用面漆、中间漆供货技术条件》中又规定了各种涂料的技术要求。

铁路钢桥不同于车辆，所处位置固定，因此标准根据其环境条件规定了不同的涂装道数和涂膜总厚度。

实践表明，采用红丹底漆的涂装系，使用寿命可达10～15年，富锌漆可达20年，其间只需进行维护性涂装(局部修补及重涂面漆)。

虽然红丹颜料底漆防锈性能很好，但其存在铅污染，考虑到环保问题应停止使用。

富锌漆也不仅局限于环氧类，无机富锌漆在某些方面更具有优势，目前已开始广泛使用。

耐磨涂层是在聚氨酯涂料中加入以金刚砂为主的耐磨添加剂制成，从实际使用情况看已不能满足要求。

相对于公路钢桥的结构，铁路钢桥的涂装系基本与之类似，但铁道行业标准中规定的面漆涂料主要采用醇酸树脂，略显落后。

之所以将色调定为灰色，部分原因是由于所用的颜料为云母氧化铁(MIO)、石墨或铝粉。

这几种颜料均属片状类型，成膜后通过片状颜料的层叠效应实现涂料的耐老化性能。

面漆在使用中允许表面出现粉化，达到一定程度后由于表面片状颜料富集，对紫外光和水汽的阻挡性增强，由此使粉化减薄的速度降低。

总之是靠颜料的作用，而不是靠树脂本身，所以涂膜必须保证相当的厚度。

相比之下，丙烯酸树脂、脂肪簇聚氨酯树脂等其他高档树脂的耐老化机理就完全不同。

如果不考虑价格的因素，应像公路桥一样，使用脂肪簇聚氨酯、有机硅或含氟树脂等更高档的面漆产品，将会使涂膜的耐老化性、保光保色性、硬度及抗污性大大提高，寿命将能够延长，也可以将桥梁装饰成五彩缤纷的颜色了。